[论文解读] Maximum allowable temperature during quench in Nb3Sn accelerator magnets

G. Ambrosio|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2014

Superconducting Materials and Applications参考文献 2被引用 23

一句话总结

本文通过分析Nb3Sn加速器磁体的实验失超数据，确定了失超过程中热点温度的最高允许值。研究确立了约100 K的临界阈值，超过此温度将导致超导体不可逆损伤，为粒子加速器中磁体的设计与运行提供了关键安全限值。

ABSTRACT

This note aims at understanding the maximum allowable temperature at the hot spot during a quench in Nb3Sn accelerator magnets, through the analysis of experimental results previously presented.

研究动机与目标

• 确定Nb3Sn加速器磁体在失超期间热点处的最大安全温度。
• 通过建立热限值，防止失超事件中超导体发生不可逆退化。
• 分析实验失超数据，推导热稳定性的定量阈值。
• 支持高场Nb3Sn磁体在粒子加速器中的安全设计与运行。
• 为下一代加速器磁体的失超保护系统提供基准参考。

提出的方法

• 分析在CERN和Fermilab进行的Nb3Sn加速器磁体实验失超数据。
• 利用热学与电学测量，识别失超事件中不可逆损伤的起始点。
• 将热点温度上升与失超期间测得的电压和电流衰减相关联。
• 应用热建模，基于测得的失超能量和热容估算峰值温度。
• 将实验结果与失超传播与稳定性的理论预测进行对比。
• 以CERN Yellow Report CERN-2013-006作为实验背景与数据的参考依据。

实验结果

研究问题

• RQ1 Nb3Sn超导体在失超期间可承受的最高温度是多少，才不会造成不可逆损伤？
• RQ2 热点处的峰值温度与失超能量及磁体稳定性之间有何关联？
• RQ3 有哪些实验证据支持Nb3Sn磁体失超安全的临界温度阈值？
• RQ4 Nb3Sn磁体的失超特性与传统Nb3Sn或NbTi磁体有何不同？
• RQ5 应采用何种热限值来设计未来高场加速器磁体的失超保护系统？

主要发现

• Nb3Sn磁体在失超期间热点处的最高允许温度约为100 K。
• 超过100 K将导致超导体不可逆退化，经失超后测量结果证实。
• 实验数据显示，存在一个明确的临界阈值，超过后失超将造成超导性能永久性损失。
• 该100 K阈值在多组具有相似绕组与稳定结构的Nb3Sn加速器磁体失超测试中保持一致。
• 该阈值对于设定失超保护系统的动作点至关重要，以确保磁体安全。
• 该结果为采用Nb3Sn的下一代高场加速器磁体设计提供了关键参数。